1、2022-8-14课件1过程控制工程绪论“Process Control Engineering”戴连奎戴连奎浙江大学智能系统与决策研究所浙江大学智能系统与决策研究所2022-8-14课件2教学要求n了解控制系统的设计目的，掌握控制系统方块图描述法n掌握过程对象的建模方法n掌握PID类常规控制策略，能够结合具体的工业过程设计合理的控制方案n掌握控制系统的分析方法n了解先进控制算法，掌握其设计思想、概念、特点及适用场合2022-8-14课件3课程考核与参考资料n考核考核：平时成绩 50%，包括出勤、平时练习、综合练习等；期末考试（闭卷）50%n主要参考资料：主要参考资料：1、王树青等编著，工业过
2、程控制工程.北京：化学工业出版社，2019.122、金以慧主编，过程控制.北京：清华大学出版社，1993.04n答疑：答疑：周一下午周一下午2:30-5:00;地点：工控所老地点：工控所老楼楼403（助教：覃旭松）（助教：覃旭松）2022-8-14课件4本章要求n了解控制系统的设计目的n结合具体对象，掌握单回路控制系统的方块图描述法，并掌握方块图中线与方框图的物理意义n掌握过程控制中的常用术语（中英文）n了解控制系统的主要分类与设计过程n能够结合具体对象，了解控制系统的组成2022-8-14课件5控制系统的由来LChhspQiQo传感测量器：液位计+人眼控制器：大脑执行机构：手+手动阀差压传感
3、变送器电动调节器自动调节阀2022-8-14课件6液位控制系统的组成与方块图问题：指出每一条连接线所对应的变量信号的物理意义与单位，以及每一个方块所表示的意义？液位控制器设定值hsp偏差e(t)+_测量值hm(t)干扰通道+液位传感测量变送器出水控制阀被控变量h(t)控制信号u(t)操纵变量Qo(t)控制通道扰动Qi(t)液体贮罐2022-8-14课件7热交换器的温度控制系统TC蒸汽凝液进料TspTmTRVRF,Tiu(t)2022-8-14课件8热交换器温度控制系统方块图温度控制器设定值Tsp偏差e(t)+_测量值Tm(t)干扰通道+温度测量变送器蒸汽控制阀被控变量T(t)控制信号u(t)蒸
4、汽量RV(t)控制通道扰动RF(t),Ti(t)热交换器2022-8-14课件9一般的单回路控制系统被控变量被控变量：温度、压力、流量、液位或料位、成分与物性等六大参数；控制器Gc(s)执行器Gv(s)控制通道Gp(s)测量变送Gm(s)设定值ysp偏差 e+_控制变量u操纵变量q被控变量y测量值ym扰动 D干扰通道GD(s)+被控对象2022-8-14课件10过程控制系统的重要术语n被控变量/受控变量/过程变量（Controlled Variable-CV,Process Variable-PV）n设定值/给定值(Setpoint-SP,Setpoint Value-SV)n操纵变量/操作变
5、量(Manipulated Variable,MV)n扰动/扰动变量(Disturbance Variable,DV)n对控制器而言，测量/测量信号(Measurement)，控制/控制信号/控制变量（Control Variable）2022-8-14课件11控制系统的目标n过程控制系统的目标过程控制系统的目标：在扰动存在的情况下，通过调节操纵变量使被控变量保持在其设定值。n应用过程控制系统的主要原因：应用过程控制系统的主要原因：（1）安全性：安全性：确保生产过程中人身与设备的安全，保护或减少生产过程对环境的影响；（2）稳定性稳定性：确保产品质量与产量的长期稳定，以抑制各种外部干扰；（3）经
6、济性经济性：实现效益最大化或成本最小化。2022-8-14课件12控制系统的分类n定值控制（Regulatory Control,“调节控制”）与伺服控制（Servo Control,“跟踪控制”）对照举例：连续过程与间歇过程（Batch Processes）或飞行控制。n前馈控制（Feedforward Control）与反馈控制（Feedback Control）对照举例：热交换器的出口温度控制。2022-8-14课件13前馈与反馈控制系统举例蒸汽凝液进料TRVRFTspTmu(t)Ti前馈控制器TC蒸汽凝液进料TspTmTRVRF,Tiu(t)蒸汽凝液进料TRVRFTspTmu(t)Ti
7、前馈/反馈控制器2022-8-14课件14控制系统的分类（续）n开关量控制（Switch Control）与连续量控制（Continuous Control）举例：空调器的控制n连续时间控制（Continuous-Time Control）与离散时间控制（Discrete-Time Control,也称“采样控制”/“数字控制”）举例：计算机控制系统n多变量控制与单变量多回路控制n线性控制与非线性控制等2022-8-14课件15控制系统的设计与实施n确定控制目标：确定控制目标：依据生产过程安全性、经济性与稳定性的要求，针对具体工业对象确定控制目标；n选择被控变量：选择被控变量：选择与控制目标直
8、接或间接相关的可测量参数作为控制系统的被控变量；n选择操作变量：选择操作变量：从所有可操作变量中选择合适的操作变量，要求对被控变量的调节作用尽可能大而快；n确定控制方案：确定控制方案：当被控变量与操作变量多于1个时，既可以直接用MIMO（多输入多输出）控制方案；也可以将系统分解成几个SISO（单输入单输出）子系统再进行设计（当然这里存在最佳分解问题）。2022-8-14课件16控制系统的设计与实施（续）n调节阀的选择调节阀的选择：根据被控变量与操作变量的工艺条件及对象特性，选择合适大小与流量特性的调节阀；n控制算法的选择控制算法的选择：依据控制方案选择合适的控制算法。通常对于SISO系统，PI
9、D控制算法能满足大部分情况；而对于MIMO系统，可采用的控制算法很多，但一般都需要对象模型，仅适用于计算机控制系统。n控制系统的调试和投用控制系统的调试和投用：控制系统安装完毕后，按控制要求检查和调整各控制仪表和设备的工作状况(包括控制器参数的在线整定)，依次将其投入运行。2022-8-14课件17举例：精馏塔控制系统LCTC进料LCFCFC精馏塔加热蒸汽塔底产品塔顶产品控制目标CV、MV选择控制系统调试与投用控制方案控制算法2022-8-14课件18常用控制算法nPID类类（包括：单回路PID、串级、前馈、均匀、比值、分程、选择或超驰控制等），特点：特点：主要适用于SISO系统、基本上不需要对象的动态模型、结构简单、在线调整方便。nAPC类类（先进控制方法，包括：解耦控制、内模控制、预测控制、自适应控制等），特点：特点：主要适用于MIMO或大纯滞后SISO系统、需要动态模型、结构复杂、在线计算量大。2022-8-14课件19过程控制与其它相关学科控制工程控制原理与方法最优化方法与技术化工原理与对象机理测量与控制仪表计算机与网络技术系统仿真技术2022-8-14课件20习题n p.18,习题 2-4
